خلاصة:يقوم المؤلف بتحليل وضع إنتاج واستهلاك فحم الإبرة في بلدنا، وآفاق تطبيقه في صناعة مواد الأقطاب الجرافيتية والأقطاب السالبة، لدراسة تحديات تطوير فحم الإبرة الزيتية، بما في ذلك نقص موارد المواد الخام، والجودة ليست عالية، ودورة طويلة وتقييم القدرة الزائدة، وزيادة أبحاث تقسيم المنتجات، والتطبيق، ومقاييس الأداء، مثل دراسات الارتباط لتطوير السوق الراقية.
وفقًا لمصادر المواد الخام المختلفة، يُمكن تقسيم فحم الكوك الإبري إلى فحم الكوك الإبري الزيتي وفحم الكوك الإبري الفحمي. يُصنع فحم الكوك الإبري الزيتي بشكل رئيسي من ملاط التكسير الحفزي المائع (FCC) من خلال عمليات التكرير، وإزالة الكبريت بالهيدروجين، والتكويك المؤجل، والتكليس. تتميز هذه العملية بتعقيدها النسبي وقيمتها التقنية العالية. يتميز فحم الكوك الإبري بخصائص عالية الكربون، منخفضة الكبريت، منخفضة النيتروجين، منخفضة الرماد، وغيرها، كما يتميز بخصائص كهروكيميائية وميكانيكية ممتازة بعد عملية الجرافيت. وهو نوع من مواد الكربون عالية الجودة متباينة الخواص، سهلة الجرافيت.
يُستخدم فحم الكوك الإبري بشكل رئيسي في أقطاب الجرافيت فائقة الطاقة ومواد كاثود بطاريات أيون الليثيوم. ونظرًا لتحقيق أهداف استراتيجية "ذروة الكربون" و"محايدة الكربون"، تواصل الدول تعزيز تحول صناعة الحديد والصلب والسيارات وتطوير هيكلها الصناعي، وتشجيع تطبيق تقنيات موفرة للطاقة ومنخفضة الكربون وصديقة للبيئة، وتعزيز صناعة الصلب باستخدام فرن القوس الكهربائي، والتطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة. كما يشهد الطلب على فحم الكوك الإبري الخام نموًا سريعًا. وفي المستقبل، ستظل صناعة فحم الكوك الإبري في مراحلها النهائية مزدهرة للغاية. يحلل هذا الموضوع حالة تطبيق فحم الكوك الإبري وآفاقه في مواد أقطاب الجرافيت والأنود، ويطرح التحديات والحلول الكفيلة بتطوير صناعة فحم الكوك الإبري بشكل سليم.
1. تحليل إنتاج واتجاه تدفق فحم الإبرة
1.1 إنتاج فحم الإبرة
يتركز إنتاج فحم الإبرة بشكل رئيسي في عدد قليل من الدول مثل الصين والولايات المتحدة والمملكة المتحدة وكوريا الجنوبية واليابان. في عام 2011، بلغت الطاقة الإنتاجية العالمية لفحم الإبرة حوالي 1200 كيلو طن سنويًا، منها 250 كيلو طن سنويًا في الصين، ولم يكن هناك سوى أربع شركات صينية لتصنيع فحم الإبرة. وبحلول عام 2021، ووفقًا لإحصاءات شركة سينفيرن إنفورميشن، سترتفع الطاقة الإنتاجية العالمية لفحم الإبرة إلى حوالي 3250 كيلو طن سنويًا، وسترتفع الطاقة الإنتاجية لفحم الإبرة في الصين إلى حوالي 2240 كيلو طن سنويًا، مما يمثل 68.9% من الطاقة الإنتاجية العالمية، وسيرتفع عدد شركات تصنيع فحم الإبرة الصينية إلى 21 شركة.
يوضح الجدول 1 الطاقة الإنتاجية لأكبر 10 شركات لتصنيع فحم الكوك الإبري في العالم، بإجمالي طاقة إنتاجية تبلغ 2130 كيلو طن سنويًا، ما يمثل 65.5% من إجمالي الطاقة الإنتاجية العالمية. من منظور الطاقة الإنتاجية العالمية لشركات فحم الكوك الإبري، يتميز مصنعو فحم الكوك الإبري من سلسلة الزيت عمومًا بحجم إنتاج كبير نسبيًا، حيث يتراوح متوسط الطاقة الإنتاجية للمصنع الواحد بين 100 و200 كيلو طن سنويًا، بينما تبلغ الطاقة الإنتاجية لفحم الكوك الإبري من سلسلة الفحم حوالي 50 كيلو طن سنويًا فقط.
في السنوات القليلة المقبلة، ستستمر الطاقة الإنتاجية العالمية لفحم الكوك الإبري في التزايد، وخاصةً من الصين. تبلغ الطاقة الإنتاجية المخطط لها والتي لا تزال قيد الإنشاء في الصين حوالي 430 ألف طن سنويًا، ويتفاقم وضع الطاقة الفائضة. أما خارج الصين، فتستقر الطاقة الإنتاجية لفحم الكوك الإبري بشكل عام، حيث تخطط مصفاة أومسك الروسية لبناء وحدة لإنتاج فحم الكوك الإبري بطاقة 38 ألف طن سنويًا في عام 2021.
يوضح الشكل 1 إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين خلال السنوات الخمس الأخيرة. وكما يتضح من الشكل 1، فقد حقق إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين نموًا هائلاً، بمعدل نمو سنوي مركب بلغ 45% خلال خمس سنوات. في عام 2020، بلغ إجمالي إنتاج فحم الكوك الإبري في الصين 517 ألف طن، منها 176 ألف طن من الفحم و341 ألف طن من النفط.
1.2 استيراد فحم الإبرة
يوضح الشكل 2 حالة استيراد فحم الإبرة في الصين في السنوات الخمس الأخيرة. كما يتضح من الشكل 2، قبل تفشي كوفيد-19، زاد حجم استيراد فحم الإبرة في الصين بشكل كبير، ليصل إلى 270 ألف طن في عام 2019، وهو رقم قياسي. في عام 2020، بسبب ارتفاع سعر فحم الإبرة المستورد، وانخفاض القدرة التنافسية، ومخزون الموانئ الكبير، بالإضافة إلى تفشي الأوبئة المستمر في أوروبا والولايات المتحدة، بلغ حجم استيراد الصين من فحم الإبرة في عام 2020 132 ألف طن فقط، بانخفاض 51٪ على أساس سنوي. وفقًا للإحصاءات، بلغ فحم الإبرة المستورد في عام 2020، فحم الإبرة الزيتي 27.5 ألف طن، بانخفاض 82.93٪ على أساس سنوي؛ إبرة قياس الفحم الكوك 104.1 كيلو طن، 18.26٪ أكثر من العام الماضي، والسبب الرئيسي هو أن النقل البحري في اليابان وكوريا الجنوبية أقل تأثرا بالوباء، وثانيا، سعر بعض المنتجات من اليابان وكوريا الجنوبية أقل من سعر المنتجات المماثلة في الصين، وحجم الطلب النهائي كبير.
1.3 اتجاه تطبيق فحم الإبرة
فحم الكوك الإبري مادة كربونية عالية الجودة، تُستخدم بشكل رئيسي كمواد خام لإنتاج أقطاب الجرافيت فائقة القدرة ومواد أنود الجرافيت الاصطناعي. ومن أهم تطبيقاته النهائية صناعة الفولاذ في فرن القوس الكهربائي وبطاريات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة.
يوضح الشكل 3 اتجاه استخدام فحم الإبرة في الصين خلال السنوات الخمس الأخيرة. يُعدّ قطب الجرافيت أكبر مجالات الاستخدام، ويشهد الطلب عليه استقرارًا نسبيًا، بينما تواصل مواد القطب السالب نموها السريع. في عام 2020، بلغ إجمالي استهلاك فحم الإبرة في الصين (بما في ذلك استهلاك المخزون) 740 كيلو طن، منها 340 كيلو طن من المواد السالبة و400 كيلو طن من أقطاب الجرافيت، ما يُمثل 45% من استهلاك المواد السالبة.
2.1 تطوير صناعة الصلب eAF
تُعدّ صناعة الحديد والصلب من أبرز مُنتجي انبعاثات الكربون في الصين. هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج الحديد والصلب: فرن الصهر وفرن القوس الكهربائي. ومن بين هاتين الطريقتين، يُمكن لتصنيع الفولاذ باستخدام فرن القوس الكهربائي خفض انبعاثات الكربون بنسبة 60%، وتحقيق إعادة تدوير موارد خردة الفولاذ، وتقليل الاعتماد على استيراد خام الحديد. وتعتزم صناعة الحديد والصلب أن تكون رائدة في تحقيق هدف "ذروة الكربون" و"الحياد الكربوني" بحلول عام 2025. وبتوجيه من السياسة الوطنية لصناعة الحديد والصلب، سيتم إنشاء عدد كبير من مصانع الصلب التي ستحل محل فولاذ فرن الصهر والمحولات بأفران القوس الكهربائي.
في عام 2020، بلغ إنتاج الصين من الصلب الخام 1054.4 مليون طن، منها إنتاج فولاذ eAF حوالي 96 مليون طن، وهو ما يمثل 9.1٪ فقط من إجمالي الصلب الخام، مقارنة بـ 18٪ من المتوسط العالمي، و67٪ من الولايات المتحدة، و39٪ من الاتحاد الأوروبي، و22٪ من فولاذ EAF في اليابان، وهناك مجال كبير للتقدم. وفقًا لمسودة "التوجيهات بشأن تعزيز التنمية عالية الجودة لصناعة الحديد والصلب" الصادرة عن وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات في 31 ديسمبر 2020، يجب زيادة نسبة إنتاج فولاذ eAF في إجمالي إنتاج الصلب الخام إلى 15٪ ~ 20٪ بحلول عام 2025. ستؤدي زيادة إنتاج فولاذ eAF إلى زيادة الطلب بشكل كبير على أقطاب الجرافيت فائقة الطاقة. إن اتجاه تطوير فرن القوس الكهربائي المحلي هو متطور وواسع النطاق، مما يطرح طلبًا أكبر على أقطاب الجرافيت ذات المواصفات الكبيرة والطاقة الفائقة.
2.2 حالة إنتاج أقطاب الجرافيت
يُعدّ قطب الجرافيت مادةً استهلاكيةً أساسيةً في صناعة فولاذ eAF. يوضح الشكل 4 الطاقة الإنتاجية ومخرجات قطب الجرافيت في الصين خلال السنوات الخمس الأخيرة. ارتفعت الطاقة الإنتاجية لقطب الجرافيت من 1050 كيلو طن سنويًا في عام 2016 إلى 2200 كيلو طن سنويًا في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 15.94%. تُعدّ هذه السنوات الخمس فترة نمو سريع في طاقة إنتاج قطب الجرافيت، كما تُمثّل دورةً مستمرةً من التطور السريع لصناعة قطب الجرافيت. قبل عام 2017، كانت صناعة قطب الجرافيت، كصناعة تصنيع تقليدية ذات استهلاك عالٍ للطاقة وتلوث عالٍ، تُقلّل شركات قطب الجرافيت المحلية الكبيرة من إنتاجها، بينما تواجه شركات قطب الجرافيت الصغيرة والمتوسطة الحجم خطر الإغلاق، وحتى شركات القطب الدولية العملاقة اضطرت إلى إيقاف الإنتاج وإعادة البيع والخروج. في عام 2017، وتحت تأثير ودفع السياسة الإدارية الوطنية للتخلص الإلزامي من "فولاذ القضبان الأرضية"، ارتفع سعر قطب الجرافيت في الصين بشكل حاد. بفضل الأرباح الزائدة، أطلق سوق أقطاب الجرافيت موجة من استئناف الطاقة الإنتاجية والتوسع.
في عام ٢٠١٩، وصل إنتاج أقطاب الجرافيت في الصين إلى مستوى قياسي جديد خلال السنوات الأخيرة، حيث بلغ ١١٨٩ كيلو طن. في عام ٢٠٢٠، انخفض إنتاج أقطاب الجرافيت إلى ١٠٢٠ كيلو طن بسبب ضعف الطلب الناجم عن الوباء. بشكل عام، تعاني صناعة أقطاب الجرافيت في الصين من فائض كبير في الطاقة الإنتاجية، حيث انخفض معدل الاستخدام من ٧٠٪ في عام ٢٠١٧ إلى ٤٦٪ في عام ٢٠٢٠، وهو معدل منخفض جديد في استخدام الطاقة الإنتاجية.
2.3 تحليل الطلب على فحم الإبرة في صناعة أقطاب الجرافيت
سيعزز تطوير فولاذ eAF الطلب على أقطاب الجرافيت فائقة القدرة. ومن المتوقع أن يصل الطلب على أقطاب الجرافيت إلى حوالي 1300 كيلوطن بحلول عام 2025، وأن يصل الطلب على فحم الكوك الإبري الخام إلى حوالي 450 كيلوطن. ونظرًا لتفوق فحم الكوك الإبري الزيتي على فحم الكوك الإبري الفحمي في إنتاج أقطاب الجرافيت فائقة القدرة والحجم، فإن نسبة الطلب على فحم الكوك الإبري الزيتي في سوق أقطاب الجرافيت ستزداد، مما سيشغل سوق فحم الكوك الإبري الفحمي.
وقت النشر: ٢٣ مارس ٢٠٢٢